作者：John Zukowski
2003年1月
如果你對圖像處理感興趣，而且需要使用GIF、JPEG和PNG以外的其它圖像格式，或者希望改善JPEG圖像處理的性能但不知道到哪里尋找適當的方法，或者需要通過幾何運算（包括非線性變換）來處理圖像，不必再為此苦惱了，答案就在這里——來自Sun公司的Java高級圖像處理API和JAI圖像I/O API 1.0 RC。
JAI API是Java Media API的一部分，與之相伴的還包括Java 2D API、Java 3D API、Java Speech API和其他一些API。Java高級圖像處理API是作為Java規范請求（JSP）34的一部分而開發的，是對J2SE version 1.3+版的擴展，主要用于處理圖像。最初發布的版本是1.0，JDC（Java Developer Connection）提供了一個預覽版1.1.2 beta。（最新進展情況請查閱README.html文件。）與AWT和Java 2D相比，JAI API提供了更豐富的圖像處理，包括對許多通用圖像操作的內在支持。
不過本文的目的不是討論JAI API，而是伴隨這些API但分離到它自己的可安裝庫中的一組圖像讀寫器（codec）類，即Java高級圖像處理圖像I/O工具1.0 RC。該RC提供了可以插接到J2SE 1.4的圖像I/O框架上的一些功能。作為JSR-15一部分而開發的圖像I/O API提供了一個支持不同圖像格式的可插拔框架。標準J2SE 1.4版本身支持GIF、JPEG和PNG圖像格式，而JAI圖像I/O RC則提供了更多主流圖像格式的編碼解碼器。只要加上針對操作平臺的適當版本，以前開發的應用程序就可以處理這些新的圖像格式。
要理解JAI圖像I/O工具的使用，需要首先了解圖像I/O庫。在安裝和介紹圖像I/O工具包之前，我們先看一看圖像I/O庫。
圖像I/O庫
圖像I/O庫是J2SE 1.4的標準API，放在javax.imageio包內。雖然這個包提供了兩個接口和9個類，整個API實際上就是ImageIO類。通過這個類可以弄清讀寫所支持的圖像格式并對這些圖像進行讀寫，實際上這也就是整個API的全部內容。
由于圖像I/O庫是一個可插拔的框架，所支持的圖像格式集不是固定不變的。盡管隨J2SE 1.4發布了一些標準格式，但任何人都可以增加新的支持格式。要查看有哪些格式可用，可以使用下面的代碼：
import javax.imageio.*;
import java.util.Arrays;
public class GetFormats 
{
public static void main(String args[]) {
String readFormats[] = ImageIO.getReaderMIMETypes();
String writeFormats[] = ImageIO.getWriterMIMETypes();
System.out.println("Readers: " +
Arrays.asList(readFormats));
System.out.println("Writers: " +
Arrays.asList(writeFormats));
}
}
運行該程序，你會發現這個庫支持讀取GIF、JPEG和PNG圖像，也支持寫JPEG和PNG圖像，但是不支持寫GIF文件。
除了與像image/jpeg這樣的MIME類型協同工作外，ImageIO類還允許通過getReaderFormatNames和 getWriterFormatNames方法使用JPEG這樣的非正式名稱。此外，通過getImageReadersBySuffix和 getImageWritersBySuffix還可以了解是否存在針對特定文件擴展名的reader/writer存在。
利用ImageIO類，你所要做的事情不過是讀javax.imageio.stream.ImageInputStream、 java.io.InputStream、java.io.File或者java.net.URL，結果會得到一個 java.awt.image.BufferedImage。一旦擁有了BufferedImage，你就可以指定需要的格式名把圖像寫回去。（不僅僅是 BufferImage，任何實現RenderedImage接口的類都可以寫。）新的格式既可以與讀取的格式相同，也可以是不同的格式以便進行格式轉換。如果指定的格式沒有可用的writer，那么write方法就返回false，否則如果找到了相應的writer就返回true。
String inputFilename = ;
BufferedImage image = ImageIO.read(inputFilename);
String formatName = "jpg"; // desired format
String outputFilename = ;
File outputFile = new File(outputFilename);
boolean writerExists = ImageIO.write(image,formatName, outputFile);
為了說明圖像I/O庫的用法，下面的例子使用JFileChooser提示輸入圖像文件名。選中文件后再選擇目標輸出格式，然后按下“Save（保存）”按鈕。保存完成后，將重新讀取圖像并在一個新窗口內顯示。
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.awt.image.*;
import javax.swing.*;
import java.io.*;
import java.net.*;
import javax.imageio.*;
public class Converting extends JFrame {
JLabel promptLabel;
JTextField prompt;
JButton promptButton;
JFileChooser fileChooser;
JComboBox comboBox;?
JButton saveButton;?
public Converting() {
super("Image Conversion");
setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);
Container contentPane = getContentPane();
JPanel inputPanel = new JPanel();
promptLabel = new JLabel("Filename:");
inputPanel.add(promptLabel);
prompt = new JTextField(20);
inputPanel.add(prompt);
promptButton = new JButton("Browse");
inputPanel.add(promptButton);
contentPane.add(inputPanel, BorderLayout.NORTH);
fileChooser = new JFileChooser();
promptButton.addActionListener(
new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
int returnValue =
fileChooser.showOpenDialog(null);
if (returnValue ==
JFileChooser.APPROVE_OPTION) {
File selectedFile =
fileChooser.getSelectedFile();
if (selectedFile != null) {
prompt.setText(selectedFile.getAbsolutePath());
}
}
}
}
);
JPanel outputPanel = new JPanel();
String writerFormats[] =
ImageIO.getWriterFormatNames();
ComboBoxModel comboBoxModel = new
DefaultComboBoxModel(writerFormats);
comboBox = new JComboBox(comboBoxModel);
outputPanel.add(comboBox);
saveButton = new JButton("Save");
outputPanel.add(saveButton);
saveButton.addActionListener(
new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
try {
String name = prompt.getText();
File file = new File(name);
if (file.exists()) {
BufferedImage image =
ImageIO.read(file.toURL());
if (image == null) {
System.err.println("Invalid input
file format");
} else {
String selection =
(String)comboBox.getSelectedItem();
String outputFilename = name +
"." + selection;
File outputFile = new File(outputFilename);
boolean found = ImageIO.write(image,
selection, outputFile);
if (found) {
JDialog window = new JDialog();
Container windowContent =
window.getContentPane();
BufferedImage newImage =
ImageIO.read(outputFile);
JLabel label = new JLabel(new
ImageIcon(newImage));
JScrollPane pane = new
JScrollPane(label);
windowContent.add(pane,
BorderLayout.CENTER);
window.setSize(300, 300);
window.show();
} else {
System.err.println("Error saving");
}
}
} else {
System.err.println("Bad filename");
}
} catch (MalformedURLException mur) {
System.err.println("Bad filename");
} catch (IOException ioe) {
System.err.println("Error reading file");
}
}
}
);
contentPane.add(outputPanel, BorderLayout.SOUTH);
}
public static void main(String args[]) {
JFrame frame = new Converting();
frame.pack();
frame.show();
}
}
注意，該程序沒有硬編碼任何文件類型，而是詢問圖像I/O框架支持哪些文件類型。安裝Java高級圖像處理圖像I/O工具RC后，還可以重新運行該程序，你將會看到更多的存儲格式。讀取其它格式的圖像基本上無需改變代碼也能工作，用戶只要選擇不同的文件類型就可以了。
注意：圖像I/O庫中的內容比這里說明的要多得多。比方說可以通過寫圖像的參數設置壓縮率，或者用讀寫進度監視器來監聽事件。關于圖像I/O用法的更多信息，請參閱Java Image I/O API Guide。
Java高級圖像處理圖像I/O工具包1.0概覽
這就引出了本文要討論的主題，Java高級圖像處理圖像I/O工具包1.0（RC）。JAI圖像I/O工具主要用于為J2SE1.4的圖像I/O庫提供更多的圖像readers/writers（編碼解碼器codecs）。只要運行時平臺安裝了該工具，你的程序就能夠支持這些新的編碼解碼器。
JAI圖像I/O工具提供的新編碼解碼器包括：
* 支持對位圖（BMP）編碼解碼（MIME類型image/bmp）；
* 通過本機代碼加速的JPEG的讀寫支持（MIME類型image/jpeg），同時也支持無損JPEG（ISO 10918-1）和JPEG-LS（ISO 14495-1），對支持的所有JPEG變體都能處理12位色深；
* 支持對JPEG 2000的編碼與解碼（MIME類型image/jpeg2000）；
* 用本機代碼提高對PNG的編碼解碼速度（MIME類型image/png）；
* 可移植位圖（PNM）編碼解碼器支持可移植位圖（PBM）、可移植灰度位圖（PGM）、可移植像素位圖（PPM）（MIME類型分別為image/x- portable-anymap、image/x-portable-bitmap、image/x-portable-graymap、image/x -portable-pixmap）；
* 原始格式（無MIME類型）；
* 支持TIFF編碼解碼（MIME類型image/tiff）；
* 支持無線位圖（WBMP）編碼解碼（MIME類型image/vnd.wap.wbmp）。
該工具庫還使得流插件可以與NIO庫一起使用，詳情參閱com.sun.media.imageio.stream包中的 FileChannelImageInputStream、FileChannelImageOutputStream和 RawImageInputStream。前兩個分別以java.nio.channels.FileChannel作為輸入和輸出，最后一個供原始格式解碼器javax.imageio.ImageReader讀取原始數據。同時該工具還支持JAI操作"ImageRead" 和"ImageWrite" ，這兩個操作都包含在包內，分別對應于現有的JAI操作集{"Stream", "FileLoad", "URL"}和{"Encode", "FileStore"}。
安裝Java高級圖像處理圖像I/O工具包1.0
要使用Java高級圖像處理圖像I/O工具包，首先必須根據使用的操作系統平臺從Early Access page for the RC下在適當的版本。支持的操作系統有Solaris SPARC、Solaris x86、Linux和Windows，大小也隨著版本而異， Solaris SPARC版有5MB之多，而其他版本則只有1MB左右。下載頁面的README-jai_imageio.html文件提供了有關的下載信息和安裝說明，同時還給出了所支持的編碼解碼插件的版本信息，比如BMP的編碼解碼器可以讀取版本號從3到5的圖像，但是只能寫版本號3的圖像。
安裝后除了本機庫之外還有三個JAR文件。如果安全設置禁止使用，這些本機庫就不會發生作用，而回復到僅僅使用內建的純Java版JPG和PNG格式的狀態。
如果是安裝到Unix機器上，則需要把上述的三個JAR文件安裝到jre/lib/ext目錄下。對于Solaris-SPARC用戶，需要把6個.so文件復制到jre/lib/sparc目錄中。Solaris-x86和Linux用戶應把libclib_jiio.so文件復制到 jre/lib/i386中。
如果要安裝到Microsoft Windows的機器上，同樣需要把三個JAR文件復制到jre\lib\ext目錄中，另外把clib_jiio.dll文件放到jre\bin下。
注意：上述目錄都是相對于JRE的根目錄而言的。
只要把這些文件放到了規定的位置，JAI圖像I/O工具包就安裝完成了。
Java高級圖像處理圖像I/O工具包1.0的用法
安裝Java高級圖像處理圖像I/O工具包并不改變圖像I/O庫的用法。正確編寫的代碼無需變更也能正常運行。可能唯一需要改變的就是新的圖像格式使用何種擴展名，你可以使用getWriterFormatNames之類的函數所返回的名稱，也可以對各種格式進行硬編碼。
為了說明已有的代碼仍能工作，首先重新運行一遍前面的GetFormats程序，就可以看到對新的MIME類型的支持：
Readers: [image/png, image/x-portable-graymap,
mage/jpeg, image/jpeg2000, image/x-png,
mage/tiff, image/vnd.wap.wbmp, image/x-portable-pixmap,
mage/x-portable-bitmap, image/bmp, image/gif,
mage/x-portable-anymap, ]
Writers: [image/png, image/x-portable-graymap, image/jpeg,
mage/jpeg2000, image/x-png, image/tiff,
mage/vnd.wap.wbmp, image/x-portable-pixmap,
mage/x-portable-bitmap, image/bmp,
mage/x-portable-anymap, ]
然后運行Converting程序，現在可以把圖像轉換成更多的格式。
盡管對于默認的編碼解碼器而言，那些缺省的讀寫設置通常已經足夠了，但是也許你希望改變新增編碼解碼器的設置。改變這些設置無需調用ImageIO的 read和write方法，而只要針對指定的MIME類型從ImageIO獲得相應的ImageReader或ImageWriter對象，然后改變這些對象的設置就可以了。一旦改變了默認的ImageReadParam或者ImageWriteParam，就可以返回去調用ImageIO的read和 Write方法。否則的話，就只能在ImageReader和ImageWriter中進行讀寫操作。比如，JPEG的ImageWriter會要求你通知編碼器生成優化的圖像Huffman表。其它的編碼解碼器也會提供它們自己的相應設置。
結論
對Java 平臺可用的擴展而言，Java高級圖像處理圖像I/O工具包1.0 RC是一個受歡迎的增強。一旦通過RC階段，新增的圖像格式支持將是對標準運行時環境的一個令人鼓舞的改進。庫的內容分別放在幾個 com.sun.media.imageio包內，有一些還是本機代碼庫。但是所有庫的使用都通過J2SE 1.4引入的標準圖像I/O框架。只需要把庫添加到JRE中就可以使用它們了。
資源
* Java Media APIs
* Java Advanced Imaging API
* Java Advanced Imaging Image I/O API RC 1.0
* Java Advanced Imaging Image I/O Tools API Documentation
* JSR 15: Image I/O Framework Specification
* JSR 34: Java Advanced Imaging API 1.1
* Java Advanced Imaging Interest Group
* Java Image I/O API Guide